JP2002516920A - Thermal spray method for forming thick coatings and resulting product - Google Patents

Thermal spray method for forming thick coatings and resulting product

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Abstract

A method and an apparatus for flame spraying materials onto a substrate to produce a coating thereon is described which involves generating a flame in a flame spraying gun (12); and feeding the material to be sprayed through the flame in the conventional way. The flame preferably imparts a temperature to the material to be sprayed of 1500 DEG C or less, preferably 1200 DEG C or less. Further, the apparatus preferably includes a cooler (16, 11, 29, 30) for cooling the substrate (19) by bringing a cryogenic fluid into contact with the substrate. Preferably the substrate is cooled so that the solidified coating (40) thereon has a temperature between 25 DEG C and 150 DEG C, preferably 25 DEG C and 100 DEG C. The apparatus and method are particularly suitable for producing superconducting coatings. <IMAGE>

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】 この発明は、超伝導層または圧電層などの金属またはセラミック被覆の直接形
成の一部として、もしくはそのような層の前駆体である被覆を有するマグネトロ
ンをスパッタリングするためのターゲットの製造のための、たとえば平坦なまた
は湾曲した基板上に被覆を形成するように溶射するための装置および方法に関す
る。
The present invention relates to the manufacture of a target for sputtering a magnetron having a coating as part of the direct formation of a metal or ceramic coating, such as a superconducting layer or a piezoelectric layer, or a precursor of such a layer. Apparatus and method for spraying to form a coating on a flat or curved substrate, for example.

【0002】[0002]

【技術背景】[Technical background]

EP−A−286 135から、テープなどの基板上に複合セラミック材料を
火炎溶射して超伝導層を形成することが公知である。この基板を540℃以上の
温度に予熱して被覆をゆっくりと冷却することが示唆されている。さらに、超伝
導セラミックの成分のうちの1つを含む雰囲気内で被覆を処理することが推奨さ
れている。火炎溶射には酸素アセチレン炎が用いられる。最大3mmの厚さが記
載されている。
From EP-A-286 135 it is known to flame spray a composite ceramic material onto a substrate such as a tape to form a superconducting layer. It has been suggested that the substrate be preheated to a temperature of 540 ° C. or higher to slowly cool the coating. It is further recommended that the coating be treated in an atmosphere containing one of the components of the superconducting ceramic. Oxyacetylene flame is used for flame spraying. A maximum thickness of 3 mm is stated.

【0003】 また、US 5,196,400からY−Ba−CuO超伝導体被覆をスパッ
タリングするためのスパッタリングマグネトロンにおいて使用するためのターゲ
ット上に被覆をプラズマ溶射することが公知である。0.5mmしかない薄いタ
ーゲット被覆の堆積が報告されている。
[0003] It is also known from US 5,196,400 to plasma spray a coating on a target for use in a sputtering magnetron for sputtering a Y-Ba-CuO superconductor coating. Deposition of thin target coatings of only 0.5 mm has been reported.

【0004】 火炎溶射を用いた超伝導粉末の製造がUS 5,140,005に報告されて
いる。酸素アセチレン炎が用いられる。高い炎の温度が成分の化学量論比を変化
させることと、原混合物における揮発性のより高い成分を増加することによって
これを補償しなければならないことが暗黙のうちに容認されている。US 5,
045,365では、酸素アセチレン炎で火炎溶射した基板を水で冷却する方法
が記載される。特殊な事前注意を払うことなしには、水蒸気が生成されるため水
冷却は超伝導体には不適当である。
[0004] The production of superconducting powders using flame spraying is reported in US 5,140,005. Oxyacetylene flame is used. It is implicitly accepted that high flame temperatures change the stoichiometry of the components and must compensate for this by increasing the more volatile components in the raw mixture. US 5,
No. 045,365 describes a method of cooling a flame sprayed substrate with oxygen acetylene flame with water. Without special precautions, water cooling is not suitable for superconductors due to the production of water vapor.

【0005】 EP−A−355 736では、最大3mmの層厚さの金属酸化物による平坦
なターゲットの製造が記載される。WO 98/0833では、<20ミクロン
の厚さの超伝導金属酸化物混合物の層の製造が記載される。
In EP-A-355 736, the production of flat targets with metal oxides with a layer thickness of up to 3 mm is described. WO 98/0833 describes the production of <20 micron thick layers of superconducting metal oxide mixtures.

【0006】 ムラカミ他による「火炎溶射によるFe−C−Mo合金の急冷凝固した厚い堆
積層」(“Rapidly Solidified Thick Deposit Layers of Fe-C-Mo Alloys by F
lame Spraying”)と題された論文では、火炎溶射によるFe−C−Mo合金の
最大1.5mm厚さの急冷した厚い層が記載される。たとえば、適用において被
覆上に極低温ガスを直接適用するなど、緻密な層を製造するのに特殊な事前注意
が払われた。
[0006] "Rapidly Solidified Thick Deposit Layers of Fe-C-Mo Alloys by F"
In a paper entitled "Lame Spraying"), a quenched thick layer of up to 1.5 mm thickness of a flame sprayed Fe-C-Mo alloy is described. For example, cryogenic gas is applied directly on the coating in the application. Special precautions were taken to manufacture the dense layers.

【0007】 EP−A−586 809では、この発明により考慮される不均質な酸化物混
合物よりも取扱いがかなりたやすい、比較的均質な材料(ニッケル被覆のシリコ
ン)の層の金属溶射応用が記載される。最大8mmの層厚さが記述されるが、3
〜5mmが好ましい。堆積層と基板との密着性を向上するためにNi−Al層を
含むさまざまな層が提案されている。Ni−Al密着促進剤はDE−A−33
18 828から公知である。
[0007] EP-A-586 809 describes a metal spray application of a layer of relatively homogeneous material (nickel-coated silicon), which is much easier to handle than the heterogeneous oxide mixtures considered according to the invention. Is done. A layer thickness of up to 8 mm is described, but 3
〜5 mm is preferred. Various layers including a Ni-Al layer have been proposed to improve the adhesion between the deposited layer and the substrate. The Ni-Al adhesion promoter is DE-A-33.
18 828.

【0008】 最大250ミクロンの厚さの超伝導材料のプラズマ溶射がEP−A−2887
11に記載される。
[0008] Plasma spraying of superconducting materials up to 250 microns thick has been disclosed in EP-A-2887.
11 is described.

【0009】 この発明のある目的は、平坦なまたは湾曲した基板上にセラミック被覆を形成
するため不均質金属酸化物を溶射するための装置および方法を提供することであ
る。
It is an object of the present invention to provide an apparatus and method for thermal spraying a heterogeneous metal oxide to form a ceramic coating on a flat or curved substrate.

【0010】 この発明のさらなる目的は、構造が健全である平坦なまたは湾曲した基板上に
壁の厚いセラミック被覆を形成するため不均質金属酸化物を溶射するための装置
および方法を提供することである。
It is a further object of the present invention to provide an apparatus and method for thermal spraying a heterogeneous metal oxide to form a thick-walled ceramic coating on a flat or curved substrate having a sound structure. is there.

【0011】 この発明のさらなる目的は、超伝導セラミック材料の壁の厚い被覆を形成する
ため溶射するための装置および方法を提供することである。
It is a further object of the present invention to provide an apparatus and method for thermal spraying to form a thick wall of superconducting ceramic material.

【0012】 この発明のまたさらなる目的は、スパッタリングマグネトロンにおいて用いる
べき平坦なまたは湾曲したターゲット上に壁の厚いセラミック被覆を形成するの
に適した溶射の装置および方法を提供することである。
It is yet a further object of the present invention to provide a thermal spray apparatus and method suitable for forming a thick walled ceramic coating on a flat or curved target to be used in a sputtering magnetron.

【0013】 この発明のさらに別の目的は、専用の粉末配合を用いた溶射プロセスを用いて
熱伝導率および電気伝導率が向上し機械強度が高い(マグネトロン)真空スパッ
タリングターゲットを製造する方法およびそのターゲット自体を提供することで
ある。
Still another object of the present invention is to provide a method for producing a (magnetron) vacuum sputtering target having improved thermal conductivity and electric conductivity and high mechanical strength by using a thermal spraying process using a dedicated powder compound, and a method thereof. Is to provide the target itself.

【0014】[0014]

【発明の概要】Summary of the Invention

この発明の一局面では、厚さが3mmより大きく、より好ましくは5mmより
大きく、最も好ましくは8mmより大きい金属酸化物化合物の被覆を基板に設け
ることである。好ましくは、この被覆はたとえば火炎溶射またはプラズマ溶射な
どの溶射によって堆積される。好ましくは、この基板は円筒形であり、より好ま
しくは、スパッタリングマグネトロンのための円筒形ターゲット基板に適したも
のである。酸化物化合物は好ましくは、少なくとも超伝導前駆体または超伝導体
を含む。堆積材料の熱伝導率は好ましくは1から5Wm-1-1である。鋼基板上
に堆積された際、複合材料の熱伝導率は好ましくは、25〜125Wm-1-1
範囲内にある。これらの値は特にYBa2Cu37被覆に対して好ましい。好ま
しくは、金属酸化物化合物の被覆を適用する前に、基板上に密着促進剤層が適用
される。密着促進剤は、たとえばNi−Alの層またはIn合金の層であっても
よい。堆積される被覆は好ましくは耐衝撃性であり、たとえば、2メートルの高
さからの0.036kgの鋼球の衝撃に耐え得る。好ましくは、約20%または
最大30%の貴金属が酸化物材料に含められ、堆積層の電気的性質および熱的性
質を向上させる。この貴金属は好ましくは銀である。貴金属は、たとえば硝酸銀
または酸化銀などの、酸化物または塩として溶射される材料に含まれていてもよ
い。好ましくは、堆積層の電気抵抗は、15×10-6Ohm.mより低く、より
好ましくは10×10-6より低く、最も好ましくは5×10-6Ohm.m未満で
ある。1×10-6Ohm.mより低い値を達成することもできる。銀などの貴金
属の最大30%を加えて抵抗率を低減してもよい。これらの値は特にYBa2
37被覆に対し好ましい。
In one aspect of the invention, the substrate is provided with a coating of a metal oxide compound having a thickness greater than 3 mm, more preferably greater than 5 mm, and most preferably greater than 8 mm. Preferably, the coating is deposited by thermal spraying, for example, by flame or plasma spraying. Preferably, the substrate is cylindrical, and more preferably, is suitable for a cylindrical target substrate for a sputtering magnetron. The oxide compound preferably contains at least a superconducting precursor or superconductor. The thermal conductivity of the deposited material is preferably between 1 and 5 Wm -1 K -1 . When deposited on a steel substrate, the thermal conductivity of the composite material is preferably in the range of 25-125 Wm -1 K -1 . These values are particularly preferred for YBa 2 Cu 3 O 7 coatings. Preferably, an adhesion promoter layer is applied on the substrate before applying the metal oxide compound coating. The adhesion promoter may be, for example, a Ni—Al layer or an In alloy layer. The deposited coating is preferably impact resistant, for example, capable of withstanding the impact of a 0.036 kg steel ball from a height of 2 meters. Preferably, about 20% or up to 30% of the noble metal is included in the oxide material to improve the electrical and thermal properties of the deposited layer. The noble metal is preferably silver. Noble metals may be included in materials sprayed as oxides or salts, such as, for example, silver nitrate or silver oxide. Preferably, the electrical resistance of the deposited layer is 15 × 10 −6 Ohm. m, more preferably less than 10 × 10 -6 , most preferably 5 × 10 -6 Ohm. m. 1 × 10 −6 Ohm. Values below m can also be achieved. Up to 30% of a noble metal such as silver may be added to reduce the resistivity. These values are, in particular, YBa 2 C
Preferred for u 3 O 7 coating.

【0015】 この発明による、堆積された被覆の電気的、熱的および機械的性質は、好まし
くは少なくとも毎分5nm、より好ましくは毎分20nm、最も好ましくは少な
くとも毎分40nmである静的スパッタリング堆積速度におけるスパッタリング
マグネトロンによって堆積層を適当な基板に適用するのに十分なものであるべき
である。
[0015] Static sputter deposition, wherein the electrical, thermal and mechanical properties of the deposited coating according to the invention are preferably at least 5 nm per minute, more preferably 20 nm per minute, most preferably at least 40 nm per minute. The sputtered magnetron at speed should be sufficient to apply the deposited layer to a suitable substrate.

【0016】 超伝導体前駆体または超伝導材料が堆積される際、被覆の少なくとも10%、
より好ましくは15%が超伝導相にある。これは、堆積後において、たとえば3
時間にわたる940℃での、後に続く制限された熱処理によって補助してもよい
When the superconductor precursor or superconducting material is deposited, at least 10% of the coating
More preferably, 15% is in the superconducting phase. This means that after deposition, for example, 3
Subsequent limited heat treatment at 940 ° C. over time may assist.

【0017】 またこの発明は、スパッタリングマグネトロンのための円筒形ターゲット上に
超伝導体前駆体層を溶射によって堆積する方法を含み、この層は少なくとも3m
mの厚さを有し、この層の少なくとも10%は超伝導相にある。また、この発明
は、基板上に層を溶射によって堆積する方法を含み、この層は少なくとも5mm
の厚さを有し、その被覆は金属酸化物を含む。
The invention also includes a method of depositing a superconductor precursor layer by thermal spraying on a cylindrical target for a sputtering magnetron, the layer comprising at least 3 m
m and at least 10% of this layer is in the superconducting phase. The invention also includes a method of depositing a layer on a substrate by thermal spraying, the layer comprising at least 5 mm
And the coating comprises a metal oxide.

【0018】 この発明の一局面によれば、基板上に金属酸化物化合物を堆積してその上に被
覆を生成するための火炎溶射装置が提供され、火炎溶射装置は、炎を生成するた
めのバーナーと、炎を通して溶射すべき材料を供給するための入口とを含み、こ
の炎は溶射すべき材料に1500℃以下、好ましくは1200℃以下の温度を与
える。好ましくは、与えられる温度は溶射すべき粉末の融点より少し高いもので
あってもよく、たとえばいくつかの金属酸化物に対しては600〜1000℃で
ある。好ましくは、堆積された被覆の厚さは3mmより大きく、より好ましくは
5mmより大きく、最も好ましくは8mmより大きい。
According to one aspect of the present invention, there is provided a flame spray device for depositing a metal oxide compound on a substrate and producing a coating thereon, the flame spray device comprising: It includes a burner and an inlet for supplying the material to be sprayed through the flame, which flame gives the material to be sprayed a temperature below 1500 ° C, preferably below 1200 ° C. Preferably, the temperature applied may be slightly above the melting point of the powder to be sprayed, e.g. Preferably, the thickness of the deposited coating is greater than 3 mm, more preferably greater than 5 mm, and most preferably greater than 8 mm.

【0019】 この発明の別の局面では、基板上に金属酸化物化合物を堆積してその上に被覆
を生成するための火炎溶射装置が提供され、火炎溶射装置は、火炎溶射ガンと、
基板のための冷却システムとを含み、この冷却システムは極低温流体を基板と接
触させるための装置を含む。好ましくは、堆積被覆の厚さは3mmより大きく、
より好ましくは5mmより大きく、最も好ましくは8mmより大きい。スプレー
ヤのための入力材料は、セラミック成分酸化物に熱分解する可溶性化合物(たと
えば硝酸塩類)の溶液、セラミック成分もしくは金属粉末の液状スラリー、また
は乾燥金属粉末もしくはセラミック粉末またはそのような粉末の、たとえば硝酸
塩類などの、セラミック成分の前駆体であってもよい。
In another aspect of the present invention, there is provided a flame spray device for depositing a metal oxide compound on a substrate to produce a coating thereon, the flame spray device comprising: a flame spray gun;
A cooling system for the substrate, the cooling system including an apparatus for contacting the cryogenic fluid with the substrate. Preferably, the thickness of the deposited coating is greater than 3 mm,
More preferably greater than 5 mm, most preferably greater than 8 mm. The input material for the sprayer may be a solution of a soluble compound (eg, nitrates) that thermally decomposes to a ceramic component oxide, a liquid slurry of the ceramic component or metal powder, or a dry metal or ceramic powder or such powder, for example. It may be a precursor of a ceramic component, such as nitrates.

【0020】 この発明は、基板上に被覆を生成するために基板上に金属酸化物材料の化合物
を火炎溶射する方法を提供していてもよく、この方法は、炎を発生するステップ
と、溶射すべき材料を炎を通して供給するステップとを含み、この炎は溶射すべ
き材料に1500℃以下、好ましくは1200℃以下の温度を与える。好ましく
は与えられる温度は、溶射すべき粉末の融点よりも少し高くてもよく、たとえば
いくつかの金属酸化物に対しては600〜1000℃である。
The present invention may provide a method of flame spraying a compound of a metal oxide material on a substrate to produce a coating on the substrate, the method comprising the steps of generating a flame; Supplying the material to be sprayed through a flame, which gives the material to be sprayed a temperature below 1500 ° C., preferably below 1200 ° C. Preferably, the temperature applied is slightly higher than the melting point of the powder to be sprayed, e.g.

【0021】 また、この発明は、基板上に被覆を生成するために基板上に金属酸化物化合物
を火炎溶射する方法を含んでいてもよく、この方法は、材料を溶射するための炎
を生成するステップと、極低温流体を基板と接触させることによって基板を冷却
するステップとを含む。
[0021] The invention may also include a method of flame spraying a metal oxide compound on a substrate to produce a coating on the substrate, the method comprising generating a flame for thermal spraying the material. And cooling the substrate by contacting the cryogenic fluid with the substrate.

【0022】 また、この発明は、基板上に被覆を生成するために基板上に超伝導セラミック
材料またはその前駆体を火炎溶射する方法を提供してもよく、この方法は、セラ
ミック材料を溶射するための炎を生成するステップと、基板上に被覆を堆積する
ステップと、被覆の堆積において基板を冷却するステップとを含み、基板上の凝
固した被覆が室温(〜25℃)から150℃、好ましくは室温(〜25℃)から
100℃の温度を有するようにする。水冷却または極低温流体冷却が特に好まし
い。
The present invention may also provide a method of flame spraying a superconducting ceramic material or a precursor thereof on a substrate to produce a coating on the substrate, the method comprising spraying the ceramic material. Generating a flame for deposition, depositing a coating on the substrate, and cooling the substrate in depositing the coating, wherein the solidified coating on the substrate is from room temperature (〜25 ° C.) to 150 ° C., preferably Have a temperature from room temperature ((25 ° C.) to 100 ° C. Water cooling or cryogenic fluid cooling is particularly preferred.

【0023】 上記の方法と装置とを関連づける概念の1つは、溶射/被覆システムへの総熱
エネルギーの制御である。これは、溶射距離、スプレーヘッド移動速度、円筒形
基板の回転速度、スプレーヘッドからの熱い柱状噴出における粉末の滞留時間、
スプレーヘッドを出る粒子速度、冷却方法および被覆堆積における基板の冷却速
度などのエネルギー入力に影響を与えるパラメータを注意深く制御することによ
って達成できる。
One of the concepts linking the above method and apparatus is the control of the total thermal energy to the thermal spray / coating system. This includes spraying distance, spray head movement speed, cylindrical substrate rotation speed, powder residence time in hot columnar jets from the spray head,
This can be achieved by carefully controlling parameters that affect the energy input, such as the particle velocity leaving the spray head, the cooling method and the cooling rate of the substrate during coating deposition.

【0024】 また、この発明は、火炎溶射または常圧プラズマ溶射によるスパッタリングマ
グネトロンのためのターゲットのリコンディショニングの方法およびこの方法に
従ってなされたリコンディショニングされたターゲットを含む。ターゲット材料
または被覆は好ましくはセラミック被覆であり、特に超伝導または超伝導体前駆
体被覆である。
The invention also includes a method of reconditioning a target for a sputtering magnetron by flame spraying or atmospheric pressure plasma spraying and a reconditioned target made in accordance with the method. The target material or coating is preferably a ceramic coating, especially a superconducting or superconductor precursor coating.

【0025】 最終被覆は好ましくは、金属層またはセラミック層、特に超伝導層または圧電
層、またはその前駆体である。この発明は、火炎溶射に適した粉末を形成するた
めの液体を噴霧乾燥する方法を含む。噴霧乾燥した粉末は焼結されてもよい。ま
た、この発明は、前駆体液体を噴霧乾燥して粉末を形成するステップと、その粉
末を火炎溶射して基板上に被覆を形成するステップを含む、基板上に被覆を堆積
するための製造方法を含む。この基板はスパッタリングマグネトロンのためのタ
ーゲットであってもよく、最終被覆はスパッタリングマグネトロンにおいて最終
基板上にスパッタリングされてもよい。セラミック粉末は噴霧乾燥ステップの後
に焼結してもよい。火炎溶射ガンの炎は好ましくは、溶射すべき粉末に1500
℃以下、好ましくは1200℃以下の温度を与える。好ましくは、与えられる温
度は、溶射すべき粉末の融点より少し高くてもよく、たとえばいくつかの金属酸
化物に対しては600〜1000℃である。火炎溶射において、ターゲットは好
ましくはターゲットを極低温流体と接触させることによって冷却される。特に、
冷却装置は凝固した被覆を室温(〜25℃)から150℃、より好ましくは室温
(〜25℃)から100℃の温度に維持すべきである。
The final coating is preferably a metal or ceramic layer, especially a superconducting or piezoelectric layer, or a precursor thereof. The invention includes a method of spray drying a liquid to form a powder suitable for flame spraying. The spray-dried powder may be sintered. The present invention also provides a method for depositing a coating on a substrate, comprising the steps of spray-drying the precursor liquid to form a powder and flame spraying the powder to form a coating on the substrate. including. This substrate may be the target for the sputtering magnetron, and the final coating may be sputtered on the final substrate in the sputtering magnetron. The ceramic powder may be sintered after the spray drying step. The flame of the flame spray gun is preferably 1500
C., preferably at a temperature of 1200.degree. Preferably, the temperature applied may be slightly above the melting point of the powder to be sprayed, e.g. In flame spraying, the target is preferably cooled by contacting the target with a cryogenic fluid. In particular,
The cooling device should maintain the solidified coating at a temperature from room temperature (~ 25 ° C) to 150 ° C, more preferably from room temperature (~ 25 ° C) to 100 ° C.

【0026】 この発明は、火炎溶射に適した粉末を形成するために液体を噴霧乾燥するため
の装置を含む。また、この発明は、基板上に被覆を堆積するための装置を含んで
いてもよく、この装置は、前駆体液体を乾燥させて粉末にするための噴霧乾燥機
と、基板上に被覆を形成するために粉末を火炎溶射するための火炎スプレーヤと
を含む。この基板はマグネトロンのためのターゲットであってもよい。さらに、
ターゲットを用いて最終基板上に最終被覆をスパッタリングするためのスパッタ
リングマグネトロンを提供してもよい。火炎溶射ガンの炎は好ましくは、溶射す
べき粉末に溶射材料の融点より僅かに高い温度を与える。好ましくは、与えられ
る温度は1500℃以下であり、好ましくは1200℃以下である。いくつかの
金属酸化物に対しては600〜850℃の温度が適当であるかもしれない。火炎
スプレーヤにおいて、ターゲットのための冷却システムが好ましくは設けられ、
この冷却システムは極低温流体をターゲットに接触させるための装置を含む。特
に、冷却装置は凝固した被覆を室温(〜25℃)から150℃、より好ましくは
室温(〜25℃)から100℃の温度に維持すべきである。
The present invention includes an apparatus for spray drying a liquid to form a powder suitable for flame spraying. The invention may also include an apparatus for depositing a coating on a substrate, the apparatus including a spray dryer for drying the precursor liquid to a powder, and forming the coating on the substrate. A flame sprayer for flame spraying the powder. This substrate may be a target for the magnetron. further,
A target may be used to provide a sputtering magnetron for sputtering the final coating on the final substrate. The flame of the flame spray gun preferably gives the powder to be sprayed a temperature slightly above the melting point of the sprayed material. Preferably, the temperature given is below 1500 ° C, preferably below 1200 ° C. For some metal oxides, a temperature of 600 to 850C may be appropriate. In a flame sprayer, a cooling system for the target is preferably provided,
The cooling system includes a device for contacting a cryogenic fluid with a target. In particular, the cooling device should maintain the solidified coating at a temperature between room temperature ((25 ° C.) and 150 ° C., more preferably between room temperature (〜25 ° C.) and 100 ° C.

【0027】 上記の方法は、たとえば、テープなどの基板上で超伝導層または圧電層を直接
形成することの一部として、または最終基板上に超伝導層をスパッタリングする
ためのスパッタリングマグネトロンにおいて使用するためのターゲット上の被覆
の生成のために用いてもよい。この発明は、非常に高い電力損を支持し、よって
少なくとも毎分50nmという高いスパッタ堆積速度を可能にする酸化物スパッ
タリングターゲットを提供してもよい。
The above method is used, for example, as part of forming a superconducting or piezoelectric layer directly on a substrate such as a tape, or in a sputtering magnetron for sputtering the superconducting layer on a final substrate. May be used for the production of a coating on a target. The present invention may provide an oxide sputtering target that supports very high power losses and thus allows a high sputter deposition rate of at least 50 nm per minute.

【0028】 従属クレームは、この発明の付加的な個別の実施例を記載する。次に、この発
明を以下の図面に関連して説明する。
The dependent claims set forth additional specific embodiments of the invention. Next, the present invention will be described with reference to the following drawings.

【0029】[0029]

【例示的な実施例の説明】Description of an exemplary embodiment

この発明は、ある特定の実施例およびある特定の図面に関連して説明するが、
この発明はこれに限定されるものではなく請求の範囲によってのみ限定される。
特に、この発明は、超伝導体前駆体または超伝導被覆の堆積に関連して主に説明
するが、この発明はこれに限定されるものではなく、セラミック被覆などの他の
不均質被覆、特に圧電被覆などの特殊な性質を有するもの、および特に、高温で
分解できる、または他の成分より揮発性が高い成分を含む被覆などとともに有利
に用いてもよい。より特定的には、この発明はYBa2Cu37超伝導粉末およ
び被覆の製造に関連して説明するが、この発明はこれに限定されるものではなく
、請求の範囲によってのみ限定される。さらに、この発明を実施する1つのやり
方を低温火炎溶射に関連して説明するが、この発明はこれに限定されるものでは
ない。以下に説明する処理の詳細および原理に従ってこの発明を実施することに
よって、厚い層の(3mmより厚く、より好ましくは5mmより厚く、最も好ま
しくは8mmより厚い)、スパッタリングマグネトロンターゲットとしての使用
に適した金属酸化物化合物被覆が、水冷却を伴う酸素アセチレン炎の火炎溶射に
よって、または、気圧もしくは低圧プラズマ溶射によって、回転カソードマグネ
トロンにおいて用いられる円筒形基板を含む基板に適用されている。プラズマ溶
射において、アルゴンまたはアルゴンの混合物および他のガスなどのガスを用い
てプラズマスプレーを遮蔽してもよい。また、この発明は主に、噴霧乾燥した粉
末の火炎溶射ヘッドへの入力に関連して説明する。この発明はこれに限定される
ものではなく、そのスラリーを含む金属酸化物の混合物または、金属硝酸塩類な
どの金属酸化物の前駆体の混合物とそのスラリーおよび溶液などの他の形態の入
力材料を含む。
The present invention will be described with reference to certain embodiments and certain drawings,
The present invention is not limited to this but only by the claims.
In particular, although the invention will be described primarily with reference to the deposition of superconductor precursors or superconducting coatings, the invention is not so limited, and other heterogeneous coatings such as ceramic coatings, especially It may be used advantageously with specialty properties such as piezoelectric coatings, and especially coatings containing components that can decompose at high temperatures or are more volatile than other components. More specifically, the invention will be described with reference to the manufacture of YBa 2 Cu 3 O 7 superconducting powders and coatings, but the invention is not limited thereto but only by the claims. . Further, one way of practicing the invention will be described with reference to low temperature flame spraying, but the invention is not so limited. By practicing the invention in accordance with the process details and principles described below, thick layers (thickness greater than 3 mm, more preferably greater than 5 mm, and most preferably greater than 8 mm) are suitable for use as sputtering magnetron targets. Metal oxide compound coatings have been applied to substrates, including cylindrical substrates used in rotating cathode magnetrons, by flame spraying of an oxygen acetylene flame with water cooling or by atmospheric or low pressure plasma spraying. In plasma spraying, a gas such as argon or a mixture of argon and other gases may be used to shield the plasma spray. The invention will also be described primarily in connection with the input of spray dried powder to a flame spray head. The present invention is not limited to this, and a mixture of a metal oxide containing the slurry or a mixture of a precursor of a metal oxide such as a metal nitrate and another form of the input material such as a slurry and a solution thereof may be used. Including.

【0030】 図1は、この発明の第1の実施例による火炎溶射装置10の概略図である。火
炎溶射ガンは概略的に12で表わされる。ガン12はたとえば、米国ニューヨー
ク、ウェストベリーのSulzer Metco社から入手可能であるような市販の火炎溶射
ガンであってもよく、または同社から入手可能である高速度ガス式溶射(oxy-fu
el spraying)ガンであってもよい。ガン12にはエアピンチャが設けられてい
てもよい。ガン12には、管22から燃料ガス、管23から酸素および管24か
らガン冷却用空気を供給してもよい。付加的なガスはたとえばUS5,273,
957またはEP−A413 296に記載されるようにガン12に供給されて
もよい。被覆すべき材料はホッパー21から導管26を介してガンに、たとえば
乾燥粉末などの粉末または液体の形態、粉末および液体のスラリーまたは溶液の
状態で供給される。ガン12は駆動(図示せず)上に装着され、この駆動は基板
19を被覆するためにガン12の必要な運動をもたらす。基板19が、たとえば
回転カソードマグネトロンのための円筒形ターゲットである場合、これを回転さ
せ、ガン12の運動はターゲット19の軸に並行する単純な往復運動であっても
よい。基板19が平坦な矩形または円形のプレートである場合、その運動は適当
なロボットによってもたらされてもよく、たとえば回転サイクロイド運動を含む
など複雑であってもよい。迅速な堆積を行なうため、いくつかのガン12で同時
に同じ基板19を溶射してもよい。
FIG. 1 is a schematic view of a flame spraying apparatus 10 according to a first embodiment of the present invention. The flame spray gun is indicated generally at 12. Gun 12 may be, for example, a commercially available flame spray gun such as that available from Sulzer Metco of Westbury, New York, USA, or a high velocity gas spray (oxy-fu) available from the company.
el spraying) may be a gun. The gun 12 may be provided with an air pincher. The gun 12 may be supplied with fuel gas from tube 22, oxygen from tube 23, and gun cooling air from tube 24. Additional gases include, for example, US Pat.
957 or EP-A 413 296 may be supplied to the gun 12. The material to be coated is supplied from the hopper 21 via a conduit 26 to the gun in the form of a powder or liquid, for example a dry powder, in a slurry or solution of powder and liquid. Gun 12 is mounted on a drive (not shown), which provides the necessary movement of gun 12 to coat substrate 19. If the substrate 19 is a cylindrical target, for example for a rotating cathode magnetron, it is rotated and the movement of the gun 12 may be a simple reciprocating movement parallel to the axis of the target 19. If the substrate 19 is a flat rectangular or circular plate, the movement may be effected by a suitable robot, and may be complex, for example involving a rotating cycloidal movement. The same substrate 19 may be sprayed on several guns 12 at the same time for rapid deposition.

【0031】 ガン12のための燃料ガスは、アセチレン、プロピレン、水素または同様の燃
料のうちの1つを選択してもよいが、この発明は必ずしもこれに限定されない。
この発明の一実施例において特に好まれるのは、エチレン、天然ガスもしくは都
市ガス、ブタンまたはプロパンなどの発熱量が低めの燃料であり、これらはアセ
チレンよりも低温の炎をもたらすため好ましく、またブタンは、安定した容易に
制御可能な炎をもたらし、銅化合物を含む粉末が用いられる場合にはアセチレン
よりも安全であると考えられるため特に好ましい。一般的に、酸素アセチレン炎
の温度は2000℃以上であることが認められている。この発明のある実施例に
従って、火炎溶射ガン12の炎が溶射すべき粉末をただ溶融するのに十分なだけ
の温度を与えるのが好ましい。1500℃以下および好ましくは1200℃以下
の温度が好ましく、600〜1000℃の温度がより好ましいであろう。このよ
うな低い炎の温度により、火炎溶射におけるセラミック粉末成分の分解を最小に
できる。さらに、火炎溶射すべき材料の蒸発の影響を制限することができ、80
%より高い堆積効率が可能となる。すなわち、ガン12に元々導入された固体質
量の80%以上が基板19に付着することとなる。このような低温によって、機
械的に安定した耐引掻性の火炎溶射被覆が生成される。
The fuel gas for the gun 12 may select one of acetylene, propylene, hydrogen or a similar fuel, but the invention is not necessarily limited to this.
Particularly preferred in one embodiment of the invention are lower calorific values fuels such as ethylene, natural gas or city gas, butane or propane, which are preferred because they provide a lower temperature flame than acetylene, and butane. Is particularly preferred because it provides a stable and easily controllable flame and is considered safer than acetylene when powders containing copper compounds are used. Generally, it has been recognized that the temperature of the oxygen acetylene flame is 2000 ° C. or higher. In accordance with one embodiment of the present invention, the flame of the flame spray gun 12 preferably provides a temperature sufficient to merely melt the powder to be sprayed. Temperatures of 1500 ° C or less and preferably 1200 ° C or less are preferred, and temperatures of 600 to 1000 ° C will be more preferred. Such low flame temperatures minimize the decomposition of ceramic powder components in flame spraying. In addition, the effect of evaporation of the material to be flame sprayed can be limited,
% Is possible. That is, 80% or more of the solid mass originally introduced into the gun 12 adheres to the substrate 19. Such low temperatures produce mechanically stable scratch resistant flame sprayed coatings.

【0032】 ガン12は好ましくは、被覆すべき基板19から7〜15cm離れたところで
保持されるが、これは炎の大きさにも依存する。同様の被覆が酸素アセチレン炎
の火炎溶射およびプラズマ溶射を用いて得られた。溶射において、溶射された粒
子によって吸収されるエネルギおよびこのエネルギの基板への伝達に注意を払わ
なければならない。基板の集中的な冷却が好ましく、これは基板の堆積層から遠
い側および/または同じ側で行なってもよい。火炎またはプラズマにおける粒子
の速度を変えることにより、その中での滞留時間を変えることができ、これによ
って粒子によるエネルギの吸収量を制限してもよい。
The gun 12 is preferably held 7-15 cm away from the substrate 19 to be coated, depending on the size of the flame. Similar coatings were obtained using flame and plasma spray of oxygen acetylene flame. In thermal spraying, attention must be paid to the energy absorbed by the sprayed particles and the transfer of this energy to the substrate. Intensive cooling of the substrate is preferred, which may be on the side of the substrate remote from and / or on the same side as the deposited layer. By varying the velocity of the particles in the flame or plasma, the residence time therein can be varied, which may limit the amount of energy absorbed by the particles.

【0033】 基板19の材料は好ましくは、高い溶融温度および高い熱伝導率を有し、基板
19がスパッタリングマグネトロンのためのターゲットとして用いられる際には
良好な電気伝導率を有することが好ましい。また、基板材料の熱膨張は、適用さ
れるセラミック被覆の熱膨張と類似したものであるのが好ましい。この発明の実
施例によれば、低温火炎溶射および/または基板19の集中的な冷却により、そ
の熱膨張率がセラミック被覆の熱膨張率の最大少なくとも2倍または最低少なく
とも半分である基板19の使用が可能となる。適当な材料の非限定的なリストに
は鋼、鉄、ステンレス鋼、銅または銅合金が含まれていてもよいが、この発明に
よる低温火炎溶射プロセスを単独でまたは基板19の集中的な極低温冷却と組合
せて行なうことにより、紙、厚紙または高分子材料などの他の材料を用いること
も可能となる。好ましくは、基板19は堆積の前にはグリースを全く含まず乾い
ているべきである。好ましくは、金属の外側表面にサンドブラストをかけ、次に
研磨剤でラップする。基板と溶射した被覆との間に、Ni−AlまたはIn合金
などの緩衝層を用いてもよい。これらは金属酸化物被覆の適用の前に火炎溶射ま
たはプラズマ溶射によって適用されてもよい。
The material of the substrate 19 preferably has a high melting temperature and a high thermal conductivity, and preferably has a good electrical conductivity when the substrate 19 is used as a target for a sputtering magnetron. Also, the thermal expansion of the substrate material is preferably similar to that of the applied ceramic coating. According to embodiments of the present invention, the use of a substrate 19 whose thermal expansion coefficient is at least twice as high or at least half as low as the coefficient of thermal expansion of the ceramic coating due to low temperature flame spraying and / or intensive cooling of the substrate 19. Becomes possible. A non-limiting list of suitable materials may include steel, iron, stainless steel, copper or copper alloys, but the low temperature flame spraying process according to the present invention alone or intense cryogenic Combined with cooling, other materials such as paper, cardboard or polymeric materials can be used. Preferably, substrate 19 should be dry without any grease prior to deposition. Preferably, the outer surface of the metal is sandblasted and then wrapped with abrasive. A buffer layer such as a Ni-Al or In alloy may be used between the substrate and the sprayed coating. These may be applied by flame or plasma spraying before the application of the metal oxide coating.

【0034】 基板19が硬質のものである場合、適当なジグに装着してもよい。たとえば、
円筒形基板19は好ましくは、旋盤などの回転装置に装着される。基板19はそ
の各端部において回転可能なチャックにより保持されてもよい。基板19の表面
上の凝固した火炎溶射被覆40の温度は好ましくは温度センサ13、15により
測定される。センサヘッド13は好ましくはリモートセンシング光学ヘッドであ
り、これは火炎溶射被覆の表面40と接触していない。測定すべき温度は凝固し
た被覆40の温度であり、より高い温度を有し得る基板19に衝撃を行なってす
ぐの被覆の温度ではない。よって、温度センサ13は好ましくは、火炎溶射され
た材料の衝撃位置から少し遅れるように装着される。さらに、温度センサ31を
、堆積プロセスのさらなる制御のために基板19の内部に設けてもよい。堆積温
度の制御はこの発明の重要な局面である。温度の制御は被覆における熱応力の量
に影響を与え、応力が低ければ被覆における亀裂の形成の可能性が低減する。
When the substrate 19 is hard, it may be mounted on an appropriate jig. For example,
The cylindrical substrate 19 is preferably mounted on a rotating device such as a lathe. The substrate 19 may be held at each end by a rotatable chuck. The temperature of the solidified flame spray coating 40 on the surface of the substrate 19 is preferably measured by the temperature sensors 13,15. Sensor head 13 is preferably a remote sensing optical head, which is not in contact with surface 40 of the flame spray coating. The temperature to be measured is the temperature of the solidified coating 40, not the temperature of the coating immediately upon impacting the substrate 19, which may have a higher temperature. Therefore, the temperature sensor 13 is preferably mounted with a slight delay from the impact position of the flame sprayed material. Further, a temperature sensor 31 may be provided inside the substrate 19 for further control of the deposition process. Controlling the deposition temperature is an important aspect of the present invention. Controlling the temperature affects the amount of thermal stress in the coating, with lower stress reducing the likelihood of crack formation in the coating.

【0035】 この発明の一実施例によれば、基板19の集中的な冷却のための手段がもたら
される。これは好ましくは、極低温流体の供給16と送出システム11、14、
17、29、30とを含む極低温冷却器である。送出システムは基板19の形状
に適合させてもよい。たとえば、円筒形基板19に対して、冷却装置は極低温流
体を制御バルブ11に供給するための導管17と、極低温流体を基板19内部で
分配するための規則正しく間隔のおかれた孔29を備えた導管30と、温度セン
サ13、15の出力を受け、制御バルブ11の動作を制御して凝固した被覆40
の表面温度をある特定の範囲内に維持するための制御装置14とであってもよい
。特に好ましいのは、室温(25〜30℃)から150℃、より好ましくは室温
から100℃の温度範囲である。こうした低温により、被覆40と基板19との
間の熱応力が回避され、良好な付着(bond)および良好な被覆温度、硬度ならび
に耐引掻性がもたらされ、よって、このような被覆の長期にわたる安定性を確実
にする助けとなる。液体窒素(77°K)などの極低温流体を用いることは非常
に有利であり経済的である。なぜなら、これは水または他の冷却液が用いられる
際の基板19に対する完全に密封した回転入口および出口の複雑さを必要としな
いからである。さらに、液体窒素などの極低温流体により大きな温度勾配が生じ
、これによって熱的シンク効果(thermal sink-effect)が増加する。水などの
他の冷却液はこの発明から除外されるものではない。
According to one embodiment of the invention, a means is provided for intensive cooling of the substrate 19. This is preferably a cryogenic fluid supply 16 and a delivery system 11,14,
17, a cryogenic cooler including: The delivery system may be adapted to the shape of the substrate 19. For example, for a cylindrical substrate 19, the cooling device may include a conduit 17 for supplying cryogen to the control valve 11 and regularly spaced holes 29 for distributing the cryogen within the substrate 19. Provided with the conduit 30 and the coating 40 solidified by receiving the outputs of the temperature sensors 13 and 15 and controlling the operation of the control valve 11.
And a control device 14 for maintaining the surface temperature within a specific range. Particularly preferred is a temperature range from room temperature (25-30 ° C) to 150 ° C, more preferably from room temperature to 100 ° C. Such low temperatures avoid thermal stresses between the coating 40 and the substrate 19, provide good bonding and good coating temperature, hardness and scratch resistance, and thus prolong the life of such coatings. Helps ensure stability over time. Using a cryogenic fluid such as liquid nitrogen (77 ° K) is very advantageous and economical. This is because it does not require the complexity of a completely sealed rotating inlet and outlet for the substrate 19 when water or other cooling liquid is used. In addition, cryogenic fluids such as liquid nitrogen create large temperature gradients, which increase the thermal sink-effect. Other coolants, such as water, are not excluded from the present invention.

【0036】 円筒形基板19は一方端においてシール26によって密封され、他方端におい
て回転シール28によって密封されてもよい。シール28には、極低温流体の供
給のための密封フィードスルー27が設けられていてもよい。水冷却が用いられ
る場合、水蒸気が堆積環境に逃げるのを防ぐために円筒形基板の両端において回
転シールを設けることが非常に重要であると考えられる。この発明の一実施例に
よれば、端部26、27が極低温流体を逃がすことが好ましく、そこで極低温流
体は溶射プロセスにおいて基板19のまわりに遮蔽ガスを形成する。特に好まし
い極低温流体は、液体窒素、液体酸素および液体空気である。いくつかの複合セ
ラミック材料では、1つ以上の成分が溶射プロセスにおいて還元されてもよい。
このような材料に対しては、還元された成分を再び酸化させる助けとなり得る、
酸素、たとえば液体空気または液体酸素などを含む遮蔽ガスを用いることが有利
であるかもしれない。一方で、他の複合セラミックでは、高温における酸素との
接触時間を低減することが有利であることがあり、このような条件下では液体窒
素が好ましく、または水素などの還元ガスを含めてもよい。被覆堆積の間、基板
19の近辺の雰囲気を制御して余分な水蒸気の存在を防ぎ、かつ特に基板19上
の水の凝縮を防ぐようにすることが好ましい。これは、基板19の周囲の空気を
全体的に空気調和し、その露点を低減させることによって達成してもよい。
The cylindrical substrate 19 may be sealed at one end by a seal 26 and at the other end by a rotary seal 28. The seal 28 may be provided with a hermetic feedthrough 27 for the supply of cryogenic fluid. If water cooling is used, it may be very important to provide rotating seals at both ends of the cylindrical substrate to prevent water vapor from escaping into the deposition environment. According to one embodiment of the invention, the ends 26, 27 preferably allow cryogenic fluid to escape, where the cryogenic fluid forms a shielding gas around the substrate 19 in the thermal spray process. Particularly preferred cryogenic fluids are liquid nitrogen, liquid oxygen and liquid air. In some composite ceramic materials, one or more components may be reduced in the thermal spray process.
For such materials, it can help re-oxidize the reduced components,
It may be advantageous to use a shielding gas comprising oxygen, such as liquid air or liquid oxygen. On the other hand, for other composite ceramics, it may be advantageous to reduce the contact time with oxygen at high temperatures, under such conditions liquid nitrogen is preferred or a reducing gas such as hydrogen may be included. . During coating deposition, it is preferable to control the atmosphere near the substrate 19 to prevent the presence of excess water vapor and, in particular, to prevent condensation of water on the substrate 19. This may be achieved by overall conditioning the air around the substrate 19 and reducing its dew point.

【0037】 上述の基板表面温度を維持するように堆積速度を選択するのが好ましい。図1
に示されるような円筒形基板であると仮定して、基板19の回転速度、ガン12
の線速度およびガン12から出る材料の速度を制御して上記に特定される温度を
達成してもよい。たとえば、直径15cmで長さが最大40cmであるステンレ
ス鋼でできた円筒形基板を用いる場合、YBa2Cu37層を堆積する際に、3
〜10mmの被覆を生成するのに毎分5〜10gの粉末送出が適していることが
わかっている。基板19の回転速度は10〜100RPMの範囲内であってもよ
く、表面速度は毎分1〜40mの範囲内であり、ガン12の長さ方向の供給が毎
分1〜3mの範囲であり、典型的には毎分2mであってもよい。ガン12の1往
復パス当りの堆積速度は、被覆の10〜50ミクロンの厚さであってもよい。堆
積された被覆の約10%から15%は粉末の格子構造を保っており、超伝導性質
を示していた。当業者には、堆積速度の増加、パス当りの堆積厚さの増加、また
は炎の温度の上昇または基板材料の熱伝導率の低減により、冷却システムに対す
る熱負荷が増加することと、良好な被覆を得るためにはこれらのパラメータの1
つ以上を調整する必要があり得ることが理解されるであろう。堆積材料の熱伝導
率は好ましくは1から5Wm-1-1である。鋼基板上に堆積された際、熱伝導率
は好ましくは、25〜125Wm-1-1の範囲内にある。これらの値は特にYB
2Cu37被覆に対して好ましい。好ましくは、金属酸化物化合物の被覆を適
用する前に、基板上に密着促進剤層が適用される。密着促進剤は、たとえばNi
−Alの層またはIn合金の層であってもよい。堆積される被覆は好ましくは耐
衝撃性であり、たとえば、2メートルの高さからの0.036kgの鋼球の衝撃
に耐え得る。好ましくは、約20%または最大30%の貴金属が酸化物材料に含
められ、堆積層の電気的性質および熱的性質を向上させる。この貴金属は好まし
くは銀である。貴金属は、たとえば硝酸銀または酸化銀などの、酸化物または塩
として溶射される材料に含まれていてもよい。好ましくは、堆積層の電気抵抗は
、15×10-6Ohm.mより低く、より好ましくは10×10-6より低く、最
も好ましくは5×10-6Ohm.m未満である。1×10-6Ohm.mより低い
値を達成することもできる。銀などの貴金属の最大30%を加えて抵抗率を低減
してもよい。これらの値は特にYBa2Cu37被覆に対し好ましい。
Preferably, the deposition rate is selected to maintain the substrate surface temperature described above. FIG.
Assuming a cylindrical substrate as shown in FIG.
The linear velocity of the material and the velocity of the material exiting gun 12 may be controlled to achieve the temperatures specified above. For example, if a cylindrical substrate made of stainless steel having a diameter of 15 cm and a maximum length of 40 cm is used, when depositing a YBa 2 Cu 3 O 7 layer, 3
Powder delivery of 5-10 g / min has been found to be suitable to produce coatings of -10 mm. The rotational speed of the substrate 19 may be in the range of 10 to 100 RPM, the surface speed is in the range of 1 to 40 m / min, and the lengthwise supply of the gun 12 is in the range of 1 to 3 m / min. , Typically 2 meters per minute. The deposition rate per reciprocating pass of the gun 12 may be from 10 to 50 microns of coating thickness. About 10% to 15% of the deposited coating retained the lattice structure of the powder and exhibited superconducting properties. Those skilled in the art will recognize that increasing the deposition rate, increasing the deposition thickness per pass, or increasing the temperature of the flame or reducing the thermal conductivity of the substrate material will increase the thermal load on the cooling system and improve coating quality. To obtain one of these parameters
It will be appreciated that one or more may need to be adjusted. The thermal conductivity of the deposited material is preferably between 1 and 5 Wm -1 K -1 . When deposited on a steel substrate, the thermal conductivity is preferably in the range of 25-125 Wm -1 K -1 . These values are especially YB
Preferred for a 2 Cu 3 O 7 coating. Preferably, an adhesion promoter layer is applied on the substrate before applying the metal oxide compound coating. The adhesion promoter is, for example, Ni
It may be an Al layer or an In alloy layer. The deposited coating is preferably impact resistant, for example, capable of withstanding the impact of a 0.036 kg steel ball from a height of 2 meters. Preferably, about 20% or up to 30% of the noble metal is included in the oxide material to improve the electrical and thermal properties of the deposited layer. The noble metal is preferably silver. Noble metals may be included in materials sprayed as oxides or salts, such as, for example, silver nitrate or silver oxide. Preferably, the electrical resistance of the deposited layer is 15 × 10 −6 Ohm. m, more preferably less than 10 × 10 -6 , most preferably 5 × 10 -6 Ohm. m. 1 × 10 −6 Ohm. Values below m can also be achieved. Up to 30% of a noble metal such as silver may be added to reduce the resistivity. These values are particularly preferred for YBa 2 Cu 3 O 7 coatings.

【0038】 図2は、この発明による火炎溶射プロセスおよび装置のさらなる実施例の概略
図である。図2の構成要素で図1と同じ参照番号を有するものは等価の要素を表
わす。この実施例による基板19は、巻出スプール32から巻取スプール36に
巻かれる、金属、プラスチックまたは他の柔軟性のある材料の箔またはシートで
ある。最終被覆40をスプールに巻くことができない場合、被覆40を備えた箔
を巻出スプール32から線状に引出し、ある長さに切断してもよい。超伝導層で
あり得る被覆40は、図1に関連して説明したものと類似の火炎溶射ガン12で
火炎溶射される。特に、天然ガスまたは都市ガス、ブタンまたはプロパンなどの
、アセチレンより発熱量の低い燃料を用いることが好ましい。好ましくは、ガン
12の炎の温度は、炎を通して溶射される材料に1500℃以下、より好ましく
は1200℃以下の温度を与える。この材料は、たとえば酸化物またはその前駆
体、たとえば硝酸塩類などの、被覆40の完成成分の粉末の形態であってもよく
、または、たとえば酸化物などの粉末のスラリー、またはたとえば硝酸塩類など
の溶液の形態であってもよい。ガン12は、手で、またはより好ましくはロボッ
トによって制御されてもよく、箔19の幅にわたってジグザグ運動をもたらすよ
うにし、これによって均一な被覆40を適用する。好ましくは、各パスにおいて
10〜50ミクロンの厚さの層が適用される。
FIG. 2 is a schematic diagram of a further embodiment of the flame spraying process and apparatus according to the present invention. The components of FIG. 2 having the same reference numbers as FIG. 1 represent equivalent components. Substrate 19 according to this embodiment is a foil or sheet of metal, plastic or other flexible material that is wound from unwind spool 32 to take-up spool 36. If the final coating 40 cannot be wound on a spool, the foil with the coating 40 may be drawn linearly from the unwind spool 32 and cut to a length. The coating 40, which may be a superconducting layer, is flame sprayed with a flame spray gun 12 similar to that described in connection with FIG. In particular, it is preferable to use a fuel having a lower calorific value than acetylene, such as natural gas or city gas, butane or propane. Preferably, the temperature of the flame of the gun 12 provides a temperature of 1500 ° C or less, more preferably 1200 ° C or less, to the material sprayed through the flame. This material may be in the form of a powder of the finished component of the coating 40, for example, an oxide or a precursor thereof, for example, nitrates, or a slurry of a powder, for example, an oxide, or a nitrate, for example. It may be in the form of a solution. The gun 12 may be controlled by hand or, more preferably, by a robot to effect a zig-zag movement across the width of the foil 19, thereby applying a uniform coating 40. Preferably, a layer of 10 to 50 microns thickness is applied in each pass.

【0039】 被覆40の温度は1つ以上の光センサ13、15により監視してもよい。箔1
9の温度は、容器16から導管17、制御可能なバルブ11および導管30を介
して一連の孔またはジェット29に供給される極低温流体によって調節される。
バルブ11はコントローラ14によって制御され、センサ13、15によって判
定される箔の温度を400℃未満、好ましくは150℃未満、最も好ましくは5
0から100℃の間に維持する。このような低温により、基板19として、高分
子材料、セルロース系材料および金属を含む広範囲の材料が可能となる。1つの
コントローラ14しか示されていないが、この発明では、箔19または被覆40
の異なる部分の温度を個別に制御するためのそれ自身の制御可能な極低温冷却装
置11、29、30を各々が有するいくつかのコントローラが含まれる。任意に
は、オプティカルエンコーダ34がローラ35に取付けられてもよい。オプティ
カルエンコーダは光センサ37、38によって読まれてもよく、センサ37、3
8において発生するパルス周波数が箔19の線速度に比例する。またこの値は、
コントローラ14によって完全なプロセスを制御するため用いられ、上述の温度
および被覆厚さを維持するようにしてもよい。
The temperature of the coating 40 may be monitored by one or more optical sensors 13, 15. Foil 1
The temperature of 9 is regulated by cryogenic fluid supplied to a series of holes or jets 29 from vessel 16 via conduit 17, controllable valve 11 and conduit 30.
The valve 11 is controlled by a controller 14 to reduce the temperature of the foil as determined by the sensors 13, 15 to less than 400 ° C., preferably
Maintain between 0 and 100 ° C. Such low temperatures allow for a wide range of materials for the substrate 19, including polymeric materials, cellulosic materials, and metals. Although only one controller 14 is shown, in the present invention the foil 19 or coating 40
Are included, each having its own controllable cryogenic cooling device 11, 29, 30 for individually controlling the temperature of different parts of the system. Optionally, an optical encoder 34 may be attached to the roller 35. The optical encoder may be read by the optical sensors 37, 38 and the sensors 37, 3
The pulse frequency generated at 8 is proportional to the linear velocity of the foil 19. This value is
It may be used by controller 14 to control the complete process and maintain the temperature and coating thickness described above.

【0040】 超伝導被覆40を生成する際、コーティング40または箔19上の水の凝縮が
生じないことが好ましく、このため、堆積装置の周囲の大気を空気調和させ、露
点を周囲温度より低く減少させることが好ましい。好ましくは、この発明による
被覆された基板は、乾いた窒素などの乾燥した不活性ガスが充満したプラスチッ
ク袋の中に長期間保管される。この発明の一局面は、粉末の形態において既に超
伝導性質を有する粉末の火炎溶射である。この発明による方法を用いてそのよう
な被覆を火炎溶射し、広範囲にわたる後熱処理を行なうことなく生成される被覆
40の超伝導特性の10%〜15%を保持することが可能である。
When producing the superconducting coating 40, it is preferred that no condensation of water on the coating 40 or the foil 19 occurs, so that the atmosphere around the deposition device is air-conditioned and the dew point is reduced below ambient temperature. Preferably. Preferably, the coated substrate according to the invention is stored for an extended period in a plastic bag filled with a dry inert gas such as dry nitrogen. One aspect of the invention is flame spraying of powders that already have superconducting properties in powder form. Using the method according to the present invention, it is possible to flame spray such coatings and retain 10% to 15% of the superconducting properties of the resulting coating 40 without extensive post heat treatment.

【0041】 火炎溶射に用いられる超伝導および/またはセラミック粉末および/または金
属粉末は好ましくは均質なものであり、最終被覆において必要な性質を生じるよ
うに適当な流動学的性質および正しい化学量論値を示す。超伝導粉末に対する典
型的な好ましい密度は、4〜5gcm3の範囲内にあるであろう。この発明に従
って粉末、スラリーまたは液体溶液として火炎溶射され得る適当な材料の非限定
的なリストは以下のとおりである。すなわち、R1Ba2Cu3y(ここでRはY
、La、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu)など
の超伝導材料であるか、またはBi2-xPbxSr2Can-1Cuny、Tl2Ba2 Can-1Cun2n+3
The superconducting and / or ceramic and / or metal powders used for flame spraying are preferably homogeneous and have suitable rheological properties and correct stoichiometry to produce the required properties in the final coating. Indicates a value. Typical preferred densities for superconducting powders will be within the range of 4~5gcm 3. A non-limiting list of suitable materials that can be flame sprayed as a powder, slurry or liquid solution according to the present invention is as follows. That is, R 1 Ba 2 Cu 3 O y (where R is Y
, La, Nd, Sm, Eu , Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu) or a superconducting material such as, or Bi 2-x Pb, x Sr 2 Ca n-1 Cu n O y, Tl 2 Ba 2 Ca n-1 Cu n O 2n + 3,

【0042】[0042]

【数1】 (Equation 1)

【0043】 であるか、またはBa2Can-12n+2もしくはOr Ba 2 Can -1 O 2n + 2 or

【0044】[0044]

【数2】 (Equation 2)

【0045】 であるか、または一般式Am2n-1Cun2n+m+2のキュプレート(cuprate)
高温超伝導体(ここでA、E、Rは、たとえばA=Bi、Tl、Hg、Pb、C
uもしくはランタニド元素、E=BaもしくはSr、およびR=Caもしくは希
土類元素などのさまざまなカチオンから選択される)であるか、またはたとえば
一般式M(ZrxTi1-x)O3を有し、M=Pb、BaもしくはSrである圧電
セラミック類であるか、またはたとえばAl23、MgO、Zrxyなどの、耐
火性セラミック酸化物、窒化物、炭化物もしくはリン酸塩類であるか、または金
属およびその合金である。
Or a cuprate of general formula A m E 2 R n-1 C n O 2n + m + 2
High-temperature superconductor (where A, E, and R are, for example, A = Bi, Tl, Hg, Pb, C
u or a lanthanide element, E = Ba or Sr, and R = Ca or selected from various cations such as rare earth elements) or has, for example, the general formula M (Zr x Ti 1-x ) O 3 , M = Pb, Ba or Sr, or a refractory ceramic oxide, nitride, carbide or phosphate, such as, for example, Al 2 O 3 , MgO, Zr x O y Or metals and their alloys.

【0046】 この発明のさらなる実施例によれば、適当なセラミック粉末の製造のための方
法が提供される。金属の塩類を正しい比率で含む水溶液から始めて、市販の噴霧
乾燥装置を用いて反応性前駆体粉末をキロ単位のバッチで得ることができる。塩
の種類(ほとんどが硝酸塩類)は好ましくは、焼結または火炎溶射などのさらな
るプロセスにおける酸化物への熱分解に適合したものでなければならない。この
発明によれば、噴霧乾燥した硝酸塩類の粉末は直接火炎溶射されてもよく、また
はこの粉末はまず焼結され、それから火炎溶射されてもよい。
According to a further embodiment of the present invention, there is provided a method for producing a suitable ceramic powder. Starting from an aqueous solution containing the correct proportions of the salts of the metal, the reactive precursor powder can be obtained in kilogram batches using commercially available spray-drying equipment. The type of salt (mostly nitrates) should preferably be compatible with pyrolysis to oxides in further processes such as sintering or flame spraying. According to the present invention, the spray dried nitrate powder may be directly flame sprayed, or the powder may be first sintered and then flame sprayed.

【0047】 後続の火炎溶射に適した粉末の送出しのためのこの発明の一実施例による噴霧
乾燥システム50が図3に概略的に示される。入力液体は適当な源53から蠕動
ポンプ54を介してスプレーヘッド71へ引出される。加圧された空気51は、
概して密封されたシステムの端部にあるファン63などの吸込装置によって空気
乾燥機およびオプションの予熱器52を通ってスプレーヘッド71へ吸込まれる
。源53からの液体はスプレーヘッド71に入り、スプレーヘッド71は液体が
時期尚早に蒸発することによる目詰まりを防ぐため何らかの適当な手段55で冷
却される。この液体は乾燥した加圧された空気51によって並流の2流体ノズル
71において霧状にされ、チャンバ56の中へ放出され、ここで乾燥して粉末と
なる。源53からの液体は、バインダなどの他の薬剤が添加された適当な硝酸塩
類の溶液または妥当な酸化物のスラリーであってもよい。
A spray drying system 50 according to one embodiment of the present invention for delivery of a powder suitable for subsequent flame spraying is schematically illustrated in FIG. Input liquid is drawn from a suitable source 53 via a peristaltic pump 54 to a spray head 71. The pressurized air 51
A suction device such as a fan 63 at the end of the generally sealed system draws the air through the air dryer and optional preheater 52 into the spray head 71. Liquid from source 53 enters spray head 71, which is cooled by any suitable means 55 to prevent clogging due to premature liquid evaporation. This liquid is atomized by co-current two-fluid nozzle 71 by dry and pressurized air 51 and discharged into chamber 56 where it dries to a powder. The liquid from source 53 may be a solution of a suitable nitrate or a slurry of a suitable oxide to which other agents such as a binder have been added.

【0048】 空気65はファン63によって吸込まれ、ヒータ64の上を通り、環状オリフ
ィス72を介してチャンバ56内に導入され、環状オリフィス72はスプレーヘ
ッド71の出口を囲む。空気65はまた、スプレーヘッド71を加熱する。周辺
の気流65はチャンバ56内の蒸発しつつある液体を案内し、粉末がチャンバ5
6の壁に付着するのを防ぐ役割を果たす。ファン63の空気処理量は、正しい粒
度の粉末がチャンバ56からオプションのヒータセクション58を通って粉末コ
レクタ59へ掃き出されるように選択される。より重い粒子はトラップ57に落
ち着き、チャンバ56の低部から取除かれる。
Air 65 is sucked in by fan 63, passes over heater 64, and is introduced into chamber 56 through annular orifice 72, which surrounds the outlet of spray head 71. Air 65 also heats spray head 71. The surrounding airflow 65 guides the evaporating liquid in the chamber 56 and the powder
It plays a role in preventing it from adhering to the wall of No. 6. The air throughput of fan 63 is selected so that the correct sized powder is swept out of chamber 56 through optional heater section 58 to powder collector 59. Heavier particles settle in trap 57 and are removed from the lower portion of chamber 56.

【0049】 粉末コレクタ59は、サイクロン、バッグフィルタまたは静電フィルタなどの
何らかの適当な装置であってもよいが、サイクロンが好ましい。サイクロンは、
サイクロン59の低部に密封される取外し可能な容器60の中へ粉末を放出する
。使用済みの空気はトラップ61を介して除去され、スクラバ12においてスク
ラビングされて不純物が取除かれる。最終の清浄な空気は、システムを通る気流
を制御するファン63により大気に排気される。
The powder collector 59 may be any suitable device such as a cyclone, bag filter or electrostatic filter, but is preferably a cyclone. The cyclone is
The powder is discharged into a removable container 60 which is sealed to the lower part of the cyclone 59. Spent air is removed via trap 61 and scrubbed in scrubber 12 to remove impurities. The final clean air is exhausted to atmosphere by a fan 63 that controls the airflow through the system.

【0050】 プロセスのための制御システム66〜70は以下のように機能する。遠心エア
ポンプ53の回転速度、加熱要素64の温度および噴霧された空気の流れはコン
トローラ67、70によって設定される。気流はゲージ68によって測定される
。熱空気65の温度およびチャンバ56からオプションのヒータ58へと繋がる
チューブにおける空気は熱電対66を用いて監視され、最終の粉末温度は温度セ
ンサ69によって監視される。
The control systems 66-70 for the process function as follows. The rotation speed of the centrifugal air pump 53, the temperature of the heating element 64, and the flow of the sprayed air are set by the controllers 67 and 70. Airflow is measured by gauge 68. The temperature of the hot air 65 and the air in the tubing leading from the chamber 56 to the optional heater 58 is monitored using a thermocouple 66 and the final powder temperature is monitored by a temperature sensor 69.

【0051】 噴霧乾燥後、粉末は単一のステップにおいて焼結されてもよい。たとえば、任
意にAgを有する一般式YBa2Cu37の超伝導粉末を製造するには、必要な
硝酸塩類を正しい化学量論的比率で水に溶解し、上に示すように噴霧乾燥させる
。次に、硝酸塩類を、920〜960℃における40時間から60時間にわたる
焼結によって酸化物に還元する。任意には、上記の温度および時間において焼結
する前に、硝酸塩類をまず780℃において10時間にわたって空気中で加熱す
ることによって還元してもよい。この手順によって生成されるYBa2Cu37
粉末は超伝導性のものである。この発明の一局面は、噴霧乾燥および任意の焼結
によって超伝導性質を有する粉末を生成し、次にこれらの超伝導粉末を粉末の融
解および基板上の被覆形成をもたらすのに必要な最も低い炎の温度において火炎
溶射し、その間可能な限り速いやり方でこの被覆を冷却することである。この手
順により、超伝導粉末に存在する結晶構造が火炎溶射プロセスによって妨げられ
る程度は可能な限り小さくなる。無論、火炎溶射における粉末の融解は、溶融状
態である時間が長ければ結晶組織が完全に損なわれることになる。この発明に従
って炎の温度を低下し、被覆を非常に急速に冷却することによって溶融相におけ
る時間を短縮することにより、最終の火炎溶射された被覆において幾分かの局部
結晶組織が保たれ、たとえば、最終被覆の約10%が超伝導相にあることとなり
、よって基板上に、完全な超伝導性質を発達させるためのさらなる熱処理のため
の最適な出発状態で被覆をもたらす。金属銀の添加により、後の火炎溶射および
マグネトロンスパッタリングにおける熱的性質および機械的性質が向上する。
After spray drying, the powder may be sintered in a single step. For example, to produce a superconducting powder of the general formula YBa 2 Cu 3 O 7 , optionally with Ag, the necessary nitrates are dissolved in water in the correct stoichiometric ratio and spray dried as shown above. . Next, the nitrates are reduced to oxides by sintering at 920-960 ° C for 40 to 60 hours. Optionally, prior to sintering at the above temperatures and times, the nitrates may be first reduced by heating in air at 780 ° C. for 10 hours. YBa 2 Cu 3 O 7 produced by this procedure
The powder is superconductive. One aspect of the present invention is to produce powders having superconducting properties by spray drying and optional sintering, which are then the lowest required to effect melting of the powders and coating formation on a substrate. Flame spraying at the temperature of the flame, during which the coating is cooled in the fastest possible manner. This procedure minimizes the degree to which the crystal structure present in the superconducting powder is hindered by the flame spraying process. Of course, the melting of the powder in flame spraying will completely destroy the crystal structure if the molten state is long. By reducing the temperature of the flame and shortening the time in the molten phase by cooling the coating very rapidly according to the invention, some local crystallographic structure is preserved in the final flame sprayed coating, e.g. About 10% of the final coating will be in the superconducting phase, thus providing the coating on the substrate with an optimal starting condition for further heat treatment to develop full superconducting properties. The addition of metallic silver improves the thermal and mechanical properties in subsequent flame spraying and magnetron sputtering.

【0052】 代わりに、火炎溶射のための粉末を、この発明に従った上記の装置において任
意に銀を添加して、正しい化学量論的比率での妥当な酸化物のスラリーから噴霧
乾燥してもよい。たとえば、セラミック材料の製造において、酸化物の混合物は
、これを個別に40ミクロンまで篩い分けし、次に正しい比率で混合することに
よって生成され、最終の被覆において化学量論的比率をもたらすようにしてもよ
い。粉末の約60重量%の脱イオン水と、粉末の約2重量%に等しいPVA(ポ
リ酢酸ビニル)などの有機バインダとを添加し、混合してスラリーを作る。次に
、このスラリーを上述のように噴霧乾燥して、粒度が30〜50ミクロンの粉末
を生じる。一般的に、噴霧乾燥された酸化物スラリーは火炎溶射する前に焼結す
る必要がない。有機バインダは火炎溶射において、または特殊な焼結ステップに
おいて焼いて除去してもよい。
Alternatively, the powder for flame spraying may be spray dried from a slurry of the appropriate oxide in the correct stoichiometric ratio, optionally with the addition of silver in the above apparatus according to the invention. Is also good. For example, in the manufacture of ceramic materials, a mixture of oxides is produced by sieving it individually to 40 microns and then mixing in the correct proportions to provide a stoichiometric proportion in the final coating. You may. About 60% by weight of the powder of deionized water and an organic binder such as PVA (polyvinyl acetate) equal to about 2% by weight of the powder are added and mixed to form a slurry. The slurry is then spray dried as described above to yield a powder having a particle size of 30-50 microns. Generally, the spray dried oxide slurry does not need to be sintered before flame spraying. The organic binder may be removed by burning in flame spraying or in a special sintering step.

【0053】 10重量%の硝酸塩溶液を噴霧乾燥すると、一般的に、平均して3ミクロンの
粒度が得られ、粒子の少なくとも90%は0.5〜5ミクロンである。必要な粒
度を得るため、上述のように焼結することが好ましい。この焼結された粉末を軽
く粉砕し篩い分けすることによって、80%より大きい質量含有率と40〜80
ミクロンの粒度を得ることができる。水性媒体53の溶液の適当な濃度の変化お
よび/またはバインダの添加および/または溶液ではなくスラリーの噴霧乾燥に
より、2〜100ミクロンの間での最終粉末の粒度制御が可能となる。たとえば
、この発明は、最終粉末の粒度を制御するために、噴霧乾燥すべき液体へのポリ
酢酸ビニル(PVA)などの有機バインダの添加することを含む。このようなバ
インダは焼結などの後の高温プロセスにおいて焼いて除去してもよい。40〜8
0ミクロンの平均粒度が良好な火炎溶射堆積には好ましい。最終粉末を軽く微粉
砕し、篩い分けして粒度の均質性を向上させてもよい。
Spray drying a 10% by weight nitrate solution typically results in an average particle size of 3 microns, with at least 90% of the particles being 0.5-5 microns. To obtain the required particle size, sintering is preferably performed as described above. By lightly grinding and sieving this sintered powder, a mass content of more than 80% and 40-80
Micron particle sizes can be obtained. Changing the appropriate concentration of the solution in the aqueous medium 53 and / or adding the binder and / or spray drying the slurry rather than the solution allows for control of the particle size of the final powder between 2 and 100 microns. For example, the invention involves the addition of an organic binder such as polyvinyl acetate (PVA) to the liquid to be spray dried to control the particle size of the final powder. Such a binder may be removed by baking in a subsequent high temperature process such as sintering. 40-8
An average particle size of 0 microns is preferred for good flame spray deposition. The final powder may be lightly milled and sieved to improve particle size homogeneity.

【0054】 この発明の一局面は、最終の超伝導セラミック被覆における銀金属の混入であ
る。これは、上述のように、硝酸塩溶液が噴霧乾燥され次に火炎溶射される際に
硝酸銀の、セラミック材料の約20〜30重量%での混入によって、または酸化
物スラリーにおいてAg2O粉末を添加して次にこれを噴霧乾燥し火炎溶射する
ことによって達成される。火炎溶射された材料における銀の添加は、火炎溶射に
おける粒子間密着および熱分散に有益であり、よって強く緻密な被覆を生じる。
銀は火炎溶射された被覆の熱伝導率および電気伝導率を向上するが、これは基板
がスパッタリングターゲットとして用いられる際にスパッタリングプロセスにと
って有益である。伝導率が向上することにより、銀を含まないターゲットと比べ
てマグネトロンに対するより高い電気スループットが可能となる。
One aspect of the invention is the incorporation of silver metal in the final superconducting ceramic coating. This is because, as described above, the addition of silver nitrate when nitrate solutions are then flame spraying is spray dried, by incorporation of about 20 to 30 weight% of ceramic material, or Ag 2 O powder in an oxide slurry This is then achieved by spray drying and flame spraying. The addition of silver in the flame sprayed material is beneficial for inter-particle adhesion and heat distribution in the flame spray, thus producing a strong and dense coating.
Silver improves the thermal and electrical conductivity of the flame sprayed coating, which is beneficial for the sputtering process when the substrate is used as a sputtering target. The increased conductivity allows for higher electrical throughput for the magnetron compared to a target that does not contain silver.

【0055】 この発明による火炎溶射プロセスにより、スパッタリングマグネトロンのため
のターゲットのリコンデショニングが可能となる。スパッタリングにおけるマグ
ネトロンターゲット上の静的レーストラックプラズマ(static race-track plas
ma)の存在により、浸蝕溝が生じターゲット利用が悪くなることは周知である。
この発明の火炎溶射プロセスを用いて、適当なターゲット材料をその浸蝕溝に溶
射し、それらの領域においてターゲットをその元の厚さに補強することによって
、このような使い古したターゲットをリコンデショニングしてもよい。上述の集
中的な極低温冷却をもたらすことにより、全体的なターゲット温度を400℃よ
り低く、好ましくは150℃より低く、最も好ましくは室温(〜25℃)から1
00℃の間に保ってもよい。このような低温により、既存のターゲット材料に生
じる損傷が小さくなり、また、古い浸蝕溝に機械的に強い被覆をもたらす。この
ようなプロセスは、ターゲット材料が超伝導材料のように高価である際に特に経
済的である。上述の火炎溶射ガン12は手で持ってもよく、使用されたターゲッ
トの浸蝕溝の輪郭を辿って、損なわれた材料をゆっくりと、好ましくはパス当り
10〜50ミクロンで補強する。好ましくは、ガン12はロボットにより制御さ
れ、このロボットはターゲットにおける浸蝕溝を充填するためにガン12を用い
て正確な運動を実行するようプログラムされる。
The flame spraying process according to the present invention allows for reconditioning of a target for a sputtering magnetron. Static race-track plasma on magnetron target in sputtering
It is well known that the presence of ma) results in erosion grooves and poor target utilization.
Using the flame spray process of the present invention, such worn targets can be reconditioned by spraying a suitable target material into the erosion grooves and reinforcing the target in those areas to its original thickness. You may. By providing the intensive cryogenic cooling described above, the overall target temperature is below 400 ° C., preferably below 150 ° C., most preferably from room temperature ((25 ° C.) to 1
It may be kept between 00 ° C. Such low temperatures result in less damage to existing target materials and also provide a mechanically strong coating on old erosion grooves. Such a process is particularly economical when the target material is expensive, such as a superconducting material. The flame spray gun 12 described above may be hand-held and follows the contour of the erosion groove of the target used to reinforce the damaged material slowly, preferably at 10 to 50 microns per pass. Preferably, gun 12 is controlled by a robot, which is programmed to perform precise movements with gun 12 to fill erosion grooves in the target.

【0056】 この発明は好ましい実施例に関連して示し説明したが、当業者には、添付の請
求の範囲に規定されるこの発明の範囲および精神から逸脱することなく形および
詳細においてさまざまな変更または修正を行なってもよいことが理解されるであ
ろう。
Although the present invention has been shown and described with reference to preferred embodiments, workers skilled in the art will recognize that various changes in form and detail may be made without departing from the scope and spirit of the invention as defined in the appended claims. It will be appreciated that modifications may be made.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 この発明の一実施例による火炎溶射装置の概略図である。FIG. 1 is a schematic view of a flame spraying apparatus according to one embodiment of the present invention.

【図2】 この発明の別の実施例による火炎溶射装置の概略図である。FIG. 2 is a schematic view of a flame spraying apparatus according to another embodiment of the present invention.

【図3】 この発明の別の実施例による噴霧乾燥装置の概略図である。FIG. 3 is a schematic view of a spray drying apparatus according to another embodiment of the present invention.

【手続補正書】特許協力条約第34条補正の翻訳文提出書[Procedural Amendment] Submission of translation of Article 34 Amendment of the Patent Cooperation Treaty

【提出日】平成12年8月21日(2000.8.21)[Submission date] August 21, 2000 (2000.8.21)

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】特許請求の範囲[Correction target item name] Claims

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【特許請求の範囲】[Claims]

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4K029 BC04 DC05 DC07 DC13 4K031 AA08 AB02 AB03 AB07 AB08 CB42 DA01 DA04 EA03 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page F term (reference) 4K029 BC04 DC05 DC07 DC13 4K031 AA08 AB02 AB03 AB07 AB08 CB42 DA01 DA04 EA03

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板と前記基板上に堆積される被覆とを含む複合材料であっ
て、前記被覆は溶射によって堆積され、前記被覆の厚さは少なくとも5mmであ
り、より好ましくは8mmより大きく、前記被覆は金属酸化物を含む、複合材料
1. A composite material comprising a substrate and a coating deposited on the substrate, wherein the coating is deposited by thermal spraying, wherein the thickness of the coating is at least 5 mm, more preferably greater than 8 mm, The composite, wherein the coating comprises a metal oxide.
【請求項2】 前記被覆は超伝導体前駆体を含み、前記被覆の少なくとも1
0%は超伝導相にある、請求項1に記載の複合材料。
2. The method of claim 1, wherein the coating comprises a superconductor precursor, and wherein at least one of the coatings comprises
2. The composite of claim 1, wherein 0% is in the superconducting phase.
【請求項3】 スパッタリングマグネトロンのためのターゲットである、請
求項1または2に記載の複合材料。
3. The composite material according to claim 1, which is a target for a sputtering magnetron.
【請求項4】 前記ターゲットは円筒形である、請求項3に記載の複合材料
4. The composite of claim 3, wherein said target is cylindrical.
【請求項5】 円筒形基板および前記基板上に堆積される被覆を含むスパッ
タリングマグネトロンのためのターゲットであって、前記被覆は溶射によって堆
積され、前記被覆の厚さは少なくとも3mmであり、より好ましくは少なくとも
5mmであり、最も好ましくは8mmより大きく、前記被覆は超伝導体前駆体を
含み、前記被覆の少なくとも10%は超伝導相にある、ターゲット。
5. A target for a sputtering magnetron comprising a cylindrical substrate and a coating deposited on said substrate, said coating being deposited by thermal spraying, said coating having a thickness of at least 3 mm, more preferably A target that is at least 5 mm, most preferably greater than 8 mm, wherein the coating comprises a superconductor precursor and at least 10% of the coating is in a superconducting phase.
【請求項6】 前記被覆は1〜5Wm-1-1の熱伝導率を有する、請求項1
から5のいずれかに記載のターゲットまたは複合材料。
6. The coating of claim 1, wherein said coating has a thermal conductivity of 1-5 Wm -1 K -1.
6. The target or composite material according to any one of items 1 to 5.
【請求項7】 前記基板および前記被覆を介する前記複合材料または前記タ
ーゲットの前記熱伝導率は25〜125Wm-1-1の範囲内である、請求項1か
ら6のいずれかに記載のターゲットまたは複合材料。
7. The target according to claim 1, wherein the thermal conductivity of the composite material or the target through the substrate and the coating is in a range of 25 to 125 Wm −1 K −1. Or composite materials.
【請求項8】 前記被覆は、15×10-6Ohm.mより低く、より好まし
くは10×10-6Ohm.mより低く、最も好ましくは5×10-6Ohm.m未
満である電気抵抗を有する、請求項1から7のいずれかに記載のターゲットまた
は複合材料。
8. The coating according to claim 1, wherein said coating is 15 × 10 -6 Ohm. m, more preferably 10 × 10 −6 Ohm. m, most preferably 5 × 10 −6 Ohm. A target or composite according to any of claims 1 to 7, having an electrical resistance of less than m.
【請求項9】 前記被覆は1m、好ましくは1.5mの高さからの0.03
6kgの鋼球の衝撃に耐え得る、請求項1から8のいずれかに記載のターゲット
または複合材料。
9. The coating of 0.03 from a height of 1 m, preferably 1.5 m.
9. The target or composite according to claim 1, which is capable of withstanding the impact of a 6 kg steel ball.
【請求項10】 前記溶射はプラズマ溶射および火炎溶射の一方である、請
求項1から9のいずれかに記載のターゲットまたは複合材料。
10. The target or composite material according to claim 1, wherein the thermal spraying is one of plasma spraying and flame spraying.
【請求項11】 溶射により超伝導体前駆体層をスパッタリングマグネトロ
ンのための円筒形ターゲット上に堆積する方法であって、前記層は3mmの厚さ
を有し、前記層の少なくとも10%は超伝導相にある、方法。
11. A method of depositing a superconductor precursor layer by thermal spraying on a cylindrical target for a sputtering magnetron, wherein said layer has a thickness of 3 mm and at least 10% of said layer is super-conductive. A method in the conductive phase.
【請求項12】 溶射により層を基板上に堆積する方法であって、前記層は
少なくとも5mmの厚さを有し、被覆は金属酸化物を含む、方法。
12. The method of depositing a layer on a substrate by thermal spraying, wherein said layer has a thickness of at least 5 mm and the coating comprises a metal oxide.
【請求項13】 溶射するステップは、火炎溶射するステップおよび低圧ま
たは気圧プラズマ溶射するステップの一方である、請求項11または12に記載
の方法。
13. The method of claim 11, wherein the step of spraying is one of a flame spraying step and a low pressure or atmospheric pressure plasma spraying step.
【請求項14】 前記溶射するステップは、材料を溶射ヘッドから溶射する
ステップを含み、前記材料は粉末、スラリーまたは溶液の形態である、請求項1
3に記載の方法。
14. The method of claim 1, wherein spraying comprises spraying a material from a spray head, wherein the material is in the form of a powder, slurry or solution.
3. The method according to 3.
【請求項15】 ターゲット材料において浸蝕溝を有するスパッタリングマ
グネトロンのための使用されたターゲットをリコンデショニングする方法であっ
て、ターゲット材料を浸蝕溝の中へ火炎溶射または気圧プラズマ溶射するステッ
プを含む、方法。
15. A method of reconditioning a used target for a sputtering magnetron having an erosion groove in a target material, comprising: flame spraying or atmospheric pressure plasma spraying the target material into the erosion groove. Method.
【請求項16】 スパッタリングマグネトロンのためのリコンデショニング
されたターゲットであって、ターゲット材料における浸蝕溝と、前記ターゲット
材料の厚さを未使用の材料の厚さに回復するため前記溝の中へ火炎溶射または常
圧プラズマ溶射されるターゲット材料とを含む、リコンデショニングされたター
ゲット。
16. A reconditioned target for a sputtering magnetron, wherein an erosion groove in the target material and into the groove to restore the thickness of the target material to the thickness of unused material. A target material that is flame sprayed or atmospheric pressure plasma sprayed.
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